SENTRON. Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen. Technik-Fibel. Answers for infrastructure.

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1 SENTRON Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen Technik-Fibel Answers for infrastructure.

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3 Vorwort Ob Schützen, Schalten, Überwachen oder Messen Niederspannungs-Schutzschalttechnik von Siemens bietet Ihnen für alle Anwendungen in der elektrischen Installationstechnik ein breites Spektrum. Für den Einsatz im Wohnbau genauso wie für den Zweckbau oder für industrielle Anwendungen. Damit haben Sie den gesamten Stromkreis im Griff. Das ist besonders wichtig, wenn es um die Auswahl und den Einbau der entsprechenden Fehlerstrom- Schutzeinrichtung geht. Mit dieser Fibel stellen wir Ihnen ein Instrument zur Verfügung, das es Ihnen leicht macht, die jeweilige FI-Schutzeinrichtung optimal an die Erfordernisse der elektrischen Anlage anzupassen. Neben allgemeinen Informationen über Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen finden Sie wichtige Installations- und Anwendungshinweise. So können Sie sicher sein, immer das passende Gerät für Ihren Einsatz ausgewählt zu haben. Ihr Team Niederspannungs-Schutzschalttechnik 1

4 INHALT Einleitung 6 Schutz durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen 7 Zusätzlicher Schutz (früher Schutz bei direktem Berühren ) mit I Δn 30 ma 7 Fehlerschutz (früher Schutz gegen indirektes Berühren ) 10 Brandschutz 10 Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen 11 Typen von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen 11 Typ AC 13 Typ A 13 Typ F 13 Typ B 13 Typ B+ 13 Einteilung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen 13 Prinzipieller Aufbau und Wirkungsweise 15 FI-Schutzschalter Typ A 15 SIQUENCE allstromsensitive FI-Schutzschalter Typ B und Typ B+ 17 Eigenschaften und Einsatzgebiete 17 FI-Schutzschalter 17 FI/LS-Schalter (Typ AC /Typ A, Typ F ) 18 Installation mit einem zentralen FI-Schutzschalter 18 Installation mit FI/LS-Schaltern 19 SIQUENCE allstromsensitive FI-Schutzschalter Typ B und Typ B+ 19 SIQUENCE allstromsensitive FI/LS-Schalter Typ B und Typ B+ 22 FI-Blöcke für den Anbau an Leitungsschutzschalter 22 SIGRES-FI-Schutzschalter (für erschwerte Umgebungsbedingungen) 22 Typ K, superresistent 23 Typ S, selektiv 24 Ausführungen für 50 bis 400 Hz 24 Ausführungen für 500 V Betriebsspannung 25 Fehlerstrom-Schutzschalter mit N-Anschluss linksseitig 25 Zusatzkomponenten für Fehlerstrom-Schutzschalter 25 Fernantrieb (RC) 25 Hilfsschalter 26 Installations-und Anwendungshinweise 26 Allgemeine Hinweise 26 Auswahl von Schutzeinrichtungen 26 Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen 27 Auswahl der geeigneten Fehlerstrom-Schutzeinrichtung 29 Typ A, Typ F oder Typ B bzw. Typ B+? 30 Welches Schutzziel muss erreicht werden? 30 Zusätzlicher Schutz 30 Fehlerschutz 30 Brandschutz 30 2

5 Welche Störbeeinflussungen treten auf und wie werden diese beherrscht? 30 Ableitströme 30 - Statische Ableitströme 31 - Dynamische Ableitströme 31 Hohe Lastströme 31 Überspannungen und Stoßstrombelastung 31 Besonderheiten beim Einsatz von SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzeinrichtungen (Typ B und Typ B+) 32 Anwendungsfälle 32 Fehlerströme an unterschiedlichen Fehlerorten am Beispiel eines Frequenzumrichters (FU) 33 Fehlerorte im Bereich 1 (vor dem FU) 33 Fehlerorte im Bereich 2 (innerhalb des FU) 34 Fehlerorte im Bereich 3 (nach dem FU) 35 Frequenzanteile im Fehlerstrom eines Frequenzumrichters 35 Projektierung 36 Ursachen für zu hohe Ableitströme und Möglichkeiten zur Reduzierung 37 Ursache von Ableitströmen 37 Auswirkungen 37 Abhilfemaßnahmen 37 Back-up-Schutz 38 Schutz vor thermischer Überlastung 39 Fehlersuche 40 Ableitstrommessung 40 Fehlerstrom-Schutzschalter 4-polig in einem 3-poligen Netz 41 Differenzstrom-Überwachungsgeräte (RCM) 42 RCM als zusätzlicher Brandschutz 42 Ausblick 42 Anhang 43 Begriffe und Definitionen 43 Netzsysteme und Schutzeinrichtungen 44 TN-System 45 TT-System 45 IT-System 46 Zusammenfassung 47 Begriffe und Definitionen für die Angabe des Schaltvermögens 47 3

6 Fehlerstrom-Schutzschalter (RCCB) 5SM3 Typ AC, Typ A und Typ F I n = A I Δn = 10 ma 1 A 2-polig (1+N) und 4-polig (3+N) N-Anschluss links und rechts SIGRES für erschwerte Umgebungsbedingungen Ausführung K und S Ausführung für 500 V Ausführung Hz SIQUENCE allstromsensitiver Fehlerstrom-Schutzschalter (RCCB) 5SM3 Typ B, Typ B+ I n = A I Δn = 30, 300 und 500 ma 2-polig (1+N) und 4-polig (3+N) Ausführung K und S SIQUENCE FI/LS-Schalter (RCBO) 5SU1 Typ B, Typ B+ I n = A I Δn = 30, 300 ma und 1A 4-polig LS-Charakteristik C und D Bemessungsschaltvermögen 10KA Ausführung K und S 4

7 FI-Block zur Kombination mit LS-Schalter (RC unit) 5SM2 Zum Anbau an LS-Schalter Kombinierter Personen- und Leitungsschutz Typ AC, Typ A und Typ F I n = 0,3 100 A I Δn = 10 ma 1 A 2-, 3- und 4-polig Ausführung K und S FI/LS-Schalter; kombinierte Geräte (RCBO) 5SU1 Kombinierter Personen- und Leitungsschutz Typ AC, Typ A und Typ F I n = 6 40 A I Δn = ma LS-Charakteristik B und C Bemessungsschaltvermögen 4,5 ka, 6 ka und 10 ka 1+N-polig, 2-polig N-Anschluss rechts und links Differenzstrom-Überwachungsgeräte (RCM) 5SV8 Differenzstrom-Überwachung Typ AC und Typ A I Δn = 0, A Ansprechzeit 0, s Summenstromwandler mm 5

8 Einleitung Sicherheit ist beim Umgang mit Elektrizität oberstes Gebot. Jeder Elektrofachmann muss in dieser Hinsicht besonders gewissenhaft sein und die geforderten Schutzmaßnahmen korrekt anwenden. In Verbraucheranlagen ist dabei den Fehlerstrom-(FI-)Schutzeinrichtungen uneingeschränkt der Vorzug gegenüber alternativen Schutzeinrichtungen zu geben. Über den Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) hinaus bieten FI-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzströmen bis 30 ma auch den zusätzlichen Schutz (Schutz bei direktem Berühren). Auch Brände durch Erdschlussströme können im Entstehen verhindert werden. In vielen Fällen verlangen die DIN VDE-Bestimmungen den Einsatz von FI-Schutzeinrichtungen. Deshalb sollte sich jeder Elektroinstallateur intensiv mit FI-Schutzeinrichtungen befassen. Neben der Information zu der Schutzwirkung von FI-Schutzeinrichtungen soll auch das Verständnis für die Gerätefunktion vermittelt werden. Um den Einsatz der FI-Schutzeinrichtungen optimal den Erfordernissen der elektrischen Anlage anzupassen, werden die unterschiedlichen Ausführungen der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen in ihrer Funktion erläutert und dem Anwender Installations- und Praxishilfen gegeben. 6

9 Schutz durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Bei Ausführung der Schutzmaßnahme Automatische Abschaltung der Stromversorgung mit einer Fehlerstrom- Schutzeinrichtung ist die Grundvoraussetzung, dass ein entsprechend geerdeter Schutzleiter an die zu schützenden Anlagenteile und Betriebsmittel geführt ist. Ein Stromfluss über einen Menschen kann dann nur beim Auftreten von zwei Fehlern (zusätzlich zum Isolationsfehler auch Unterbrechung des PE-Leiters) oder beim unbeabsichtigten Berühren aktiver Teile auftreten. Zusätzlicher Schutz (früher Schutz bei direktem Berühren ) mit I Δn 30 ma Unter zusätzlichem Schutz versteht man einen Schutz, der wirkt, wenn es durch Versagen des Basis- und / oder Fehlerschutzes zum direkten Kontakt eines Menschen mit einem betriebsmäßig unter Spannung stehendem aktiven Teil kommt. Sofern ein Mensch aktive Teile berührt, bestimmen zwei in Reihe liegende Widerstände die Höhe des fließenden Stromes - der Innenwiderstand des Menschen R m und der Standortübergangswiderstand R st (Bild 1). Bild 1: Zusätzlicher Schutz: Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit I Δn 30 ma im TN-System Für die Unfallbetrachtung muss der ungünstigste Fall mit Standortwiderstand nahe null angenommen werden. Der Körperwiderstand ist abhängig vom Stromweg und dem Übergangswiderstand der Haut. Messungen ergaben z. B. ca Ω für den Stromweg Hand/Hand oder Hand/Fuß. Unter diesen Annahmen ergibt sich bei einer Berührungsspannung von 230 V ein gefährlicher Körperstrom von 230 ma. Bild 2 zeigt die Stromstärke/ Einwirkungsdauer-Kurven in Bezug auf die physiologischen Reaktionen des menschlichen Körpers. Gefährlich sind Stromstärken und Einwirkungsdauern, die in den Bereich 4 reichen. Hier kann es durch Herzkammerflimmern zum Tod des Betroffenen kommen. Eingetragen sind auch der Auslösebereiche von Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzstrom von 10 ma und 30 ma. Dabei sind die max. zulässigen Auslösezeiten nach VDE eingetragen. Wie aus den Auslösekurven zu entnehmen ist, begrenzen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nicht die Höhe des Fehlerstromes, sondern erzielen die Schutzwirkung durch die rasche Abschaltung und damit geringe Einwirkungsdauer des Stromes. 7

10 Schutz bei direktem Berühren (zusätzlicher Schutz) mit I Δn 30 ma Bild 2: Wirkungsbereiche von Wechselstrom 50/60 Hz auf den Menschen Bereich 1: Bereich 2: Bereich 3: Bereich 4: Einwirkungen sind üblicherweise nicht wahrnehmbar. Medizinisch schädliche Einwirkungen und Muskelverkrampfungen treten üblicherweise nicht auf. Muskelverkrampfungen können auftreten. Die Gefahr des Herzkammerflimmerns besteht üblicherweise nicht. Herzkammerflimmern kann auftreten. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit einem Bemessungsdifferenzstrom I Δn 10 ma liegen mit der Auslösekennlinie im Bereich 2 unterhalb der Loslassgrenze. Medizinisch schädliche Einwirkungen und Muskelverkrampfungen treten üblicherweise nicht auf (s. Bild 2). Sie sind damit besonders für sensitive Bereiche wie Badezimmer geeignet. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit einem Bemessungsdifferenzstrom I Δn 30 ma erfüllen die Bedingungen zum zusätzlichen Schutz gegen elektrischen Schlag (siehe Bild 2): bei unbeabsichtigtem, direktem Berühren betriebsmäßig unter Spannung stehender Teile (z. B.: Versagen der Basisisolierung, nicht bestimmungsgemäßer Betrieb, Unwirksamkeit des Basisschutzes) bei Sorglosigkeit des Benutzers (z. B. Verwendung defekter Geräte, unsachgemäße Reparaturen an Anlagen und Betriebsmitteln) beim Berühren fehlerhaft unter Spannung stehender Teile (z. B. Versagen des Fehlerschutzes bei Unterbrechung des Schutzleiters) Der Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit einem Bemessungsdifferenzstrom bis 30 ma hat sich dabei als zusätzlicher Schutz beim Versagen der Basisschutzvorkehrung (Schutz gegen direktes Berühren) und/oder Fehlerschutzvorkehrung (Schutz bei indirektem Berühren) ebenso wie bei Sorglosigkeit des Benutzers im Umgang mit elektrischen Betriebsmitteln bewährt. Allerdings darf dies nicht das alleinige Mittel des Schutzes gegen elektrischen Schlag sein. Die Anwendung einer nach DIN VDE geforderten weiteren Schutzmaßnahme wird damit nicht ersetzt. 8

11 Die Forderung des zusätzlichen Schutzes mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen nach den Abschnitten und in DIN VDE bedeutet nicht, dass die Anwendung dieses Schutzes dem Anwender freigestellt ist. Vielmehr kann dieser zusätzliche Schutz unter bestimmten äußeren Einflüssen und in bestimmten speziellen Bereichen gemeinsam mit weiteren Schutzmaßnahmen gefordert sein. In mehreren Teilen der Normen der Gruppen 4 und 7 von DIN VDE 0100 wird dieser zusätzliche Schutz gefordert oder ausdrücklich empfohlen (s. Anhang). Beispielhaft werden hier einige bedeutsame Anforderungen näher erläutert. In der allgemein gültigen Errichtungsnorm für den Schutz gegen elektrischen Schlag DIN VDE : wird für den zusätzlichen Schutz der Einsatz von FI-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzstrom 30mA gefordert für alle Steckdosen mit einem Bemessungsstrom 20 A wenn diese für die Benutzung durch Laien und zur allgemeinen Verwendung bestimmt sind. Endstromkreise für im Außenbereich verwendete tragbare Betriebsmittel mit einem Bemessungsstrom 32 A. Anmerkung: In DIN VDE : werden zu diesen Forderungen zwar zwei Ausnahmen genannt, diese sind aber für die Mehrzahl der Anwendungen üblicherweise nicht zutreffend. Nur bei Steckdosen, die ausschließlich durch Elektrofachkräfte und elektrotechnisch unterwiesene Personen benutzt werden (z.b. in elektrischen Betriebsstätten) oder wenn sichergestellt ist, dass die Steckdose dauerhaft nur für ein bestimmtes Betriebsmittel genutzt wird darf von der normativen Forderung des zusätzlichen Schutzes abgewichen werden. In der Norm DIN VDE : Anforderungen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art - Unterrichtsräume mit Experimentiereinrichtungen müssen zur Versorgung der Experimentiereinrichtungen und deren Stromkreise in TN- oder TT-Systemen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs B mit einem Bemessungsdifferenzstrom 30mA vorgesehen werden. 9

12 Fehlerschutz (früher Schutz gegen indirektes Berühren ) Unter Fehlerschutz versteht man den Kontakt eines Menschen mit einem betriebsmäßig nicht unter Spannung stehendem elektrisch leitfähigem Teil. Gefordert ist in diesen Fällen die automatische Abschaltung der Stromversorgung, wenn durch einen Fehler aufgrund der Größe und Dauer der auftretenden Berührungsspannung ein Risiko entstehen kann. Hierzu sind auch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzströmen über 30 ma geeignet. Um die Schutzwirkung zu erzielen, sind die Abschaltbedingungen einzuhalten. Hierzu darf die gefährliche Berührungsspannung unter Berücksichtigung des Erdungswiderstandes und Bemessungsdifferenzstromes nicht unzulässig lange anstehen. Bild 3: Fehlerschutz in TN-System Brandschutz DIN VDE fordert für feuergefährdete Betriebsstätten Maßnahmen zur Verhütung von Bränden, die durch Isolationsfehler entstehen können. Danach müssen Kabel- und Leitungsanlagen in TN- und TT-Systemen mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzstrom I Δn 300 ma geschützt werden. Ausgenommen sind davon mineralisierte Leitungen und Stromschienensysteme. Bei Anwendungen, in denen widerstandsbehaftete Fehler einen Brand entzünden können (z. B. bei Deckenheizungen mit Flächenheizelementen), muss der Bemessungsdifferenzstrom I Δn = 30 ma betragen. Der Schutz vor Bränden durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen sollte aber nicht nur auf die feuergefährdeten Betriebsstätten beschränkt bleiben, sondern grundsätzlich genutzt werden. 10

13 Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Typen von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen werden hinsichtlich ihrer Eignung zur Erfassung von unterschiedlichen Fehlerstromformen unterschieden (Bild 4). Stromform Ordungsgemäße Funktion von FI-Schutzeinrichtung des Typs AC A F B B+ Auslösestrom khz 0,5 bis 1,0 I Δn - 0,35 bis 1,4 I Δn - Anschnittwinkel 90 0,25 bis 1,4 I Δn Anschnittwinkel 135 0,11 bis 1,4 I Δn - max. 1,4 I Δn + 6 ma (Typ A) + 10 ma (Typ F) + 0,4 I Δn (Typ B/B+) - - 0,5 bis 1,4 I Δn - - 0,5 bis 2,0 I Δn Bild 4: Einteilung der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen in unterschiedliche Typen mit Auslösebereichen Je nach elektronischer Schaltung im Stromkreis können unterschiedliche Fehlerstromformen auftreten. Da FI- Schutzeinrichtungen sich in ihrer Eignung für die Erfassung von Fehlerstromformen unterscheiden, ist bei ihrer Auswahl der entsprechende Verbrauchereingangskreis zu berücksichtigen. Tabelle 1 zeigt elektronische Schaltkreise und deren mögliche Last- und Fehlerströme mit dem jeweils dafür geeigneten Typ der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung 11

14 12 Tabelle 1: Mögliche Fehlerstromformen und geeignete Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen

15 Typ AC Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Typ AC sind lediglich zur Erfassung von sinusförmigen Wechselfehlerströmen (s. Stromkreise 1 bis 3 aus Tabelle 1) geeignet. Dieser Gerätetyp ist in Deutschland entsprechend DIN VDE nicht zur Realisierung der Schutzmaßnahme mit FI-Schutzeinrichtung zugelassen und kann kein VDE-Zeichen erhalten. Typ A Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Typ A erfassen neben sinusförmigen Wechselfehlerströmen auch pulsierende Gleichfehlerströme. Dieser Gerätetyp ist in Deutschland die üblicherweise eingesetzte pulsstromsensitive Fehlerstrom- Schutzeinrichtung. Damit werden auch die bei einphasigen Verbrauchern mit elektronischen Bauteilen im Netzteil (z. B. EVG, Dimmer) möglichen Fehlerstromformen beherrscht. Glatte Gleichfehlerströme bis 6 ma beeinflussen die Auslöseeigenschaften nicht unzulässig. Dieser Typ von FI-Schutzeinrichtungen ist geeignet für elektronische Betriebsmittel mit Eingangsstromkreisen Nr. 1 bis 6 aus Tabelle 1. Typ F Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Typ F erfassen alle Fehlerstromarten wie Typ A. Darüber hinaus sind sie zur Erfassung von Fehlerströmen, die aus einem Frequenzgemisch von Frequenzen bis 1 khz bestehen geeignet. Damit werden auch die möglichen Fehlerstromformen auf der Ausgangsseite von einphasig angeschlossenen Frequenzumrichtern (z. B. in Waschmaschinen, Pumpen) beherrscht. Glatte Gleichfehlerströme bis 10 ma beeinflussen die Auslöseeigenschaften nicht unzulässig. Typ F FI-Schutzeinrichtungen besitzen zusätzlich eine kurzzeitverzögerte Auslösung und erhöhte Stoßstromfestigkeit. Sie sind geeignet für elektronische Betriebsmittel mit Eingangsstromkreisen Nr. 1 bis 7 aus Tabelle 1. Typ B Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Typ B dienen, neben der Erfassung der Fehlerstromformen des Typs F, auch zur Erfassung von glatten Gleichfehlerströmen. Die Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen dieses Typs sind für den Einsatz im Drehstromsystem mit 50/60 Hz, aber nicht in Gleichspannungssystemen oder bei von 50/60 Hz abweichenden Frequenzen, wie auf der Ausgangsseite von Frequenzumrichtern, geeignet. Sie können für alle in Tabelle 1 aufgeführten Eingangsstromkreise, also auch für die mit den Nummern 8 bis 13 bezeichneten, verwendet werden. Auslösewerte sind bis 2 khz definiert. Typ B+ khz Für Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs B+ gelten die selben Bedingungen wie für Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen des Typs B. Lediglich der Frequenzbereich für die Erfassung von Fehlerströmen gilt für einen erweiterten Bereich bis 20 khz: Die Auslösung erfolgt innerhalb dieses Frequenzbereiches unterhalb 420 ma. Einteilung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen FI-Schutzeinrichtungen werden entsprechend ihrer unterschiedlichen Ausführung unterteilt (siehe Bild 5). RCD ist der Oberbegriff für alle Arten von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. RCCB sind die in Deutschland unter dem Namen Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schutzschalter) bekannten Geräte ohne eingebaute Überstrom-Schutzeinrichtung. RCBO sind Geräte, die neben dem Schutz vor Fehlerströmen auch eine eingebaute Überstrom- Schutzeinrichtung für den Überlast- und Kurzschlussschutz in einem Gerät vereinen (FI/LS-Schalter). Eine weitere Version in dieser Gerätegruppe sind die Fehlerstrom-Blöcke (FI-Blöcke, RC units). An diese FI-Blöcke können dann vom Kunden die für den Anwendungsfall gewünschten Ausführungen von 13

16 RCD englisch: residual current device deutsch: Fehlerstrom-Schutzeinrichtung MRCD CBR RCCB RCBO englisch: Modular residual current device (without integral current breaking device) deutsch: Modulare Fehlerstromgeräte (ohne integrierte Abschaltvorrichtung) englisch: Circuit-breakers incorporating residual current protection deutsch: Leistungsschalter mit Fehlerstromschutz englisch: residual current operated circuit breaker deutsch: Fehlerstrom-/ Schutzschalter FI-Schutzschalter englisch: residual current operated circuit-breaker with overcurrent protector deutsch: Fehlerstrom- Leistungsschutzschalter FI/LS-Schalter * * PRCD SRCD englisch: portable-residual current protective device deutsch: ortsveränderliche Fehlerstrom- Schutzeinrichtung englisch: socket-outlet-residual current protective device deutsch: ortsfeste Steckdosen- Fehlerstrom- Schutzeinrichtung Schutzmaßnahme bei indirektem Berühren und zusätzlich bei direktem Berührem mit IØn = 30 ma. Außerdem Brandschutz Nicht für Schutzmaßnahme nach DIN VDE , nur lokale Schutzpegelerhöhung * netzspannungsunabhängige Erfassung und Auslösung Bild 5: Einteilung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) 14

17 Leitungsschutzschaltern (Charakteristik, Bemessungsstrom, Schaltvermögen) angebaut werden. Nach diesem Zusammenbau bieten diese Geräte die gleichen Funktionen wie die FI/LS-Schalter. Dabei beinhaltet der FI- Block die Fehlerstromerfassung aber keine eigenen Kontakte, sondern löst über die Kopplung im Fehlerfall den Leitungsschutzschalter aus, der die Kontakte öffnet und den Stromkreis trennt. RCCBs und RCBOs sind bezüglich der Auslösebedingungen für wechsel- und pulsierende Fehlerströme (Typ A) in Deutschland und in den meisten europäischen Ländern für die Schutzmaßnahme mit Abschaltung nur in netzspannungsunabhängiger Ausführung zugelassen. Nur derartige RCCBs und RCBOs können das VDE-Zeichen erhalten. CBRs sind Leistungsschalter mit Fehlerstromschutz nach DIN EN (VDE ) Anhang B. Hier wird die Fehlerstrom-Erfassung fest an einen Leistungsschalter angebaut und stellt so den Fehlerstromschutz sicher. MRCDs sind Geräte, die modular aufgebaut sind, das heißt Fehlerstrom-Erfassung (über Wandler), Auswertung und Auslösung (über Leistungsschalter) erfolgen in getrennten Baugruppen (entsprechend DIN EN (VDE ) Anhang M). CBRs und MRCDs sind insbesondere für Anwendungen mit höheren Bemessungsströmen (> 125 A) vorgesehen. PRCDs sind ortsveränderliche Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen, die z. B. in Stecker oder in Steckdosenleisten integriert sind. SRCDs nach DIN VDE 0662 sind ortsfeste Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen, die in eine Steckdose eingebaut sind bzw. mit einer Steckdose eine Baueinheit bilden. PRCDs und SRCDs sind zur Schutzpegelerhöhung bei Anwendungen, in denen die geforderte Schutzmaßnahme auf andere Weise sichergestellt ist, einsetzbar. Für die Realisierung einer Schutzmaßnahme mit Abschaltung sind sie nicht zugelassen. Prinzipieller Aufbau und Wirkungsweise FI-Schutzschalter Typ A Ein Fehlerstrom-Schutzschalter Typ A besteht im Wesentlichen aus folgenden Funktionsgruppen: Mechanik der Schutzeinrichtung Sekundärwicklung Haltemagnet -Auslöser Summenstromwandler Prüftaste Prüfwiderstand Bild 6: Prinzipdarstellung eines Fehlerstrom-Schutzschalters 15

18 Summenstromwandler zur Fehlerstromerfassung Auslösekreis mit Bauelementen zur Auswertung und Haltemagnet-Auslöser zur Umwandlung der elektrischen Messgröße in eine mechanische Entklinkung Schaltschloss mit Kontakten Anmerkung: Der konstruktive Aufbau der FI-Schutzschalter des Typs AC und Typs F sind bis auf die Ausführung des Auslösekreises mit denen des Typs A identisch. Der Summenstromwandler umfasst alle Stromleiter des zu schützenden Stromkreises inklusive des Neutralleiters. In einer fehlerfreien Anlage heben sich im Summenstromwandler die magnetischen Wirkungen der stromdurchflossenen Leiter auf. Es entsteht kein Restmagnetfeld, das eine Spannung auf die Sekundärwicklung des Wandlers induzieren könnte. Erst wenn z. B. durch einen Isolationsfehler in der zu schützenden Anlage (elektrisch gesehen nach dem Fehlerstrom-Schutzschalter) ein Fehlerstrom fließt, verbleibt ein Restmagnetfeld im Wandlerkern. Dadurch wird in der Sekundärwicklung eine Spannung erzeugt, die über den Haltemagnet-Auslöser und das Schaltschloss die Abschaltung des fehlerhaften Stromkreises mit der zu hohen Berührungsspannung bewirkt (Bild 6). Die Abschaltung muss entsprechend der Gerätebestimmung DIN EN (VDE ) beim Bemessungsdifferenzstrom innerhalb von 300 ms erfolgen. Um eine hohe Zuverlässigkeit in der Geräteschutzfunktion zu erzielen, wird von Fehlerstrom-Schutzschaltern des Typs A und Typs F entsprechend der in Deutschland gültigen Produktnorm verlangt, dass sie in allen Funktionsgruppen (Erfassung, Auswertung, Abschaltung) unabhängig von der Netz- oder Hilfsspannung arbeiten. Bild 7: Funktionsprinzip eines Haltemagnet-Auslösers Die Funktion eines Auslösers, der unabhängig von einer Hilfs- oder Netzspannung arbeitet, wird in Bild 7 gezeigt. Unmittelbar über dem Dauermagneten liegt ein magnetischer Nebenschluss, der in erster Linie zur Konstanthaltung der magnetischen Kraft des Dauermagneten dient. Auf dem einen Polschenkel befindet sich eine Erregerwicklung, die mit der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers verbunden ist. Bei einem Erdschluss im Hauptstromkreis wird in der Sekundärwicklung des Summenstromwandlers eine Spannung induziert. Die linke Darstellung zeigt die Ruhestellung bei fehlerfreier Anlage. Der Dauermagnet treibt einen Kraftfluss durch zwei Schenkel aus weichmagnetischem Material und hält dabei einer Federkraft entgegenwirkend den Anker fest. Wird in der Sekundärwicklung des Wandlers eine Spannung erzeugt (mittlere Darstellung), so treibt diese einen Strom durch die Erregerwicklung. Dadurch wird ein zweiter Kraftfluss erzeugt. Die Wirkung des Dauermagnetfeldes wird in einer Halbwelle von dem zweiten Magnetfeld aufgehoben (rechte Darstellung). Dadurch kann die Feder den Anker von den Polflächen ziehen. Der Anker löst über das Schaltschloss die Trennung der Kontakte aus. Der Wandler muss dabei nur die geringe Energie zur Aufhebung des Halteflusses erzeugen, der über den abfallenden Anker die Entklinkung des Kraftspeichers im Schaltschloss auslöst, und nicht die hohe Energie für das Öffnen der Kontakte. 16

19 Die Funktionsfähigkeit der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung lässt sich über die bei jedem Gerät vorhandene Prüftaste kontrollieren. Beim Drücken der Prüftaste wird ein künstlicher Fehlerstrom erzeugt, bei dem die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung auslösen muss. Um den Schutz vor gefährlichen Körperströmen sicherzustellen, muss bei Inbetriebnahme der Anlage und in regelmäßigen Abständen, mindestens halbjährlich (z. B. bei Umstellung von Sommer- auf Winterzeit), die Funktionsfähigkeit des FI-Schutzschalters überprüft werden. SIQUENCE allstromsensitive FI-Schutzschalter Typ B und Typ B+ khz Bild 8: Aufbau eines SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzschalters Typ B und Typ B+ A M E T n W1 W2 Haltemagnet-Auslöser Mechanik der Schutzeinrichtung Elektronik für Auslösung bei glatten Gleichfehlerströmen Prüfeinrichtung Sekundärwicklung Summenstromwandler zur Erfassung der sinusförmigen Fehlerströme Summenstromwandler zur Erfassung der glatten Gleichfehlerströme Dieser Gerätetyp beinhaltet zwei Erfassungssysteme, wobei entsprechend der in Deutschland gültigen DIN VDE die Erfassung, Auswertung und Abschaltung der Typ-A-Anforderungen netzspannungsunabhängig erfolgt. Lediglich für die Erfassung von glatten Gleichfehlerströmen ist aus physikalischen Gründen eine Spannungsversorgung notwendig. Diese erfolgt von allen Netzleitungen. Eigenschaften und Einsatzgebiete FI-Schutzschalter FI-Schutzschalter sind Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen ohne integrierten Schutz bei Überstrom (Überlast und/oder Kurzschluss). Ihnen muss deshalb für den Überstrom-Schutz jeweils eine entsprechende Überstrom- Schutzeinrichtung zugeordnet werden. Der zu erwartende Betriebsstrom des Stromkreises kann als Bemessungsgrundlage für den Überlastschutz herangezogen werden. Die Überstrom-Schutzeinrichtung muss nach den Angaben des Herstellers des Fehlerstrom-Schutzschalters ausgewählt werden. Um diese Anforderungen in Bezug auf die Verfügbarkeit der elektrischen Anlage zu erfüllen, sind Endstromkreise auf mehrere Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen aufzuteilen. Bei Abschaltung der Schutzeinrichtung im Fehlerfall oder bei notwendiger manueller Abschaltung werden alle dem FI-Schutzschalter nachgeschalteten Stromkreise abgeschaltet. Es werden dabei die Außenleiter und der Neutralleiter getrennt. Das ist von Vorteil bei der Fehlersuche in einer Anlage mit fehlerbehaftetem Neutralleiter. Bei Verwendung von Fehlerstrom-Schutzschaltern mit einem Bemessungsdifferenzstrom nicht über 30 ma für den zusätzlichen Schutz, soll der Fehlerschutz mit einer vorgeschalteten selektiven Fehlerstrom-Schutzeinrichtung höheren Bemessungsdifferenzstromes oder mit einer Überstrom-Schutzeinrichtung realisiert werden. Die Schutzeinrichtung muss dabei am Anfang des Stromkreises installiert werden. 17

20 FI/LS-Schalter (Typ AC /Typ A, Typ F ) FI/LS-Schalter beinhalten die Fehlerstromerfassung und den Überstromschutz in einem Gerät und ermöglichen damit einen kombinierten Personen-, Brand- und Leitungsschutz in einem Gerät. Der Einsatz von FI/LS-Schaltern bietet eine Reihe von Vorteilen: Zuordnung eines eigenen FI/LS-Schalters für jeden Stromkreis: Bei Abschaltung aufgrund eines Fehlerstromes wird nur der betroffene Stromkreis getrennt, so wie dies seit Jahren bei Abschaltungen auf Grund eines Überstromes durch den jeweils einem Stromkreis zugeordneten Leitungsschutzschalter gewohnt ist. Durch die Aufteilung der Stromkreise profitiert der Anwender insgesamt von einer erhöhten Betriebssicherheit und Anlagenverfügbarkeit, da sich betriebsbedingte Ableitströme elektronischer Betriebsmittel, wie z.b. bei Netzteilen, nicht zu unzulässigen Werten addieren und den Auslösewert des FI-Schutzschalters überschreiten. Die Planung wird vereinfacht, da eine Berücksichtigung von Gleichzeitigkeitsfaktoren wie bei der Belastung von Fehlerstrom-Schutzschaltern nicht erforderlich ist. Der FI/LS-Schalter schützt sich selbst vor Überlast. Im Fehlerfall erfolgt eine allpolige Abschaltung. Damit werden alle spannungsführenden Teile sicher von der Einspeisung getrennt und die Fehlersuche vereinfacht. Diese genannten Vorteile führten in einer Anmerkung der DIN VDE zu der Empfehlung, für den zusätzlichen Schutz für Endstromkreise für den Außenbereich und Steckdosen FI/LS-Schalter zu verwenden. Auch die in Forderungen, dass in einer elektrischen Anlage die Stromkreise immer auf mehrere Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen verteilt werden müssen, lassen sich optimal durch die Verwendung von FI/LS-Schaltern umsetzen. Ein prinzipieller Vergleich der unterschiedlichen Installationsweisen soll die Unterschiede verdeutlichen. Installation mit einem zentralen FI-Schutzschalter Bild 9 zeigt eine bisher häufig durchgeführte Installation mit einem zentralen FI-Schutzschalter, dem je Außenleiter mehrere Leitungsschutzschalter nachgeschaltet sind. Bild 9: Installation mit zentralem FI-Schutzschalter und LS-Schaltern für Abzweige Dabei übernimmt der FI-Schutzschalter den Personen-und Brandschutz sowie mit I Δn 30 ma auch den für bestimmte Stromkreise (z.b. Badezimmer) geforderten zusätzlichen Schutz bei direktem Berühren. Der Leitungsschutzschalter verhindert Schäden durch Überlast oder Kurzschluss. Das Auslösen des FI-Schutzschalters aufgrund eines Erdschlusses in einem der nachgeschalteten Stromkreise führt dazu, dass auch alle anderen, selbst die fehlerfreien Stromkreise, spannungsfrei geschaltet werden. Der weitere Betrieb dieser Anlagenteile kann erst nach der Fehlerbeseitigung wieder erfolgen. Bei dieser Installationsart sind folgende Gesichtspunkte zu berükksichtigen: Für eine korrekte Anlagendimensionierung in Bezug auf den FI-Schutzschalter ist zu beachten, dass der FI- Schutzschalter nicht durch zu hohe Lastströme überlastet wird. Die einpoligen LS-Schalter trennen im ausgeschalteten Zustand nur den Außenleiter vom Netz. Der Neutralleiter bleibt auf die Verbraucherseite durchgeschaltet. 18

21 Installation mit FI/LS-Schaltern Das Bild 10 zeigt ein Beispiel für eine zukunftsweisende Installation, die alle Anforderungen der Errichtungsbestimmungen und Planungsvorgaben umsetzt. 1) 1) 1) 1) 1) 2) 2) 2) 1) FI/LS-Schalter Typ A 2) FI/LS-Schalter Typ F Bild 10: Beispiel einer Installation mit FI/LS-Schaltern Jeder einzelne Steckdosen-Stromkreis verfügt jetzt über einen eigenen FI/LS-Schalter, der den kompletten Fehler-, Brand- und Leitungsschutz sowie zusätzlichen Schutz bei direktem Berühren übernimmt. Im Fehlerfall wird nur der betroffene Stromkreis abgeschaltet. Für die Stromkreise Waschmaschine, Trockner und Geschirrspüler wird der Einsatz von FI/LS-Schaltern des Typs F empfohlen. Bei diesen Betriebsmitteln können im Fehlerfall Ströme mit von 50 Hz abweichenden Frequenzen auftreten, für deren Erfassung FI/LS-Schalter des Typs A nicht ausgelegt sind. Um eine erhöhte Sicherheit gegen unerwünschte Abschaltungen, z.b. durch Blitzüberspannungen, zu erhalten, wird für den Schutz des Steckdosen-Stromkreises für Kühl- und Gefriereinrichtungen der Einsatz eines superresistenten FI/LS-Schalters Typ K empfohlen. Bei Verwendung von FI/LS-Schaltern mit einem Bemessungsdifferenzstrom nicht über 30 ma kann der zusätzliche Schutz und der Fehlerschutz mit demselben FI/LS-Schalter realisiert werden. Der FI/LS- Schalter muss am Anfang des zu schützenden Stromkreises installiert werden. Optional kann der gesamten Anlage noch ein selektiver FI-Schutzschalter mit I Δn = 300 ma vorgeschaltet werden. Dieser stellt bei verzweigten Anlagen den Fehler- und Brandschutz der Installation sicher. Legt man für den gleichen Ausstattungsumfang bei gleicher Wohnfläche die Vorgaben der DIN : und RAL RG 678: zugrunde, so zeigt sich, dass der zusätzliche Platzbedarf im Stromkreisverteiler bei der empfohlenen Verwendung von FI/LS-Schaltern gegenüber einer Installation mit getrennten FI-Schutzschaltern und LS- Schaltern nur geringfügig höher ist. SIQUENCE allstromsensitive FI-Schutzschalter Typ B und Typ B+ khz Mögliche glatte Gleichfehlerströme werden von FI-Schutzeinrichtungen des Typs A - für sinusförmige Wechselfehlerströme und pulsierende Gleichfehlerströme - nicht erfasst. Gleichfehlerströme können durch Vormagnetisierung des Wandlers dazu führen, dass die Schutzfunktionen der FI-Schutzeinrichtungen Typ A auch bei Wechselfehlerströmen nicht mehr gewährleistet sind. Deshalb führte Siemens als erster Hersteller bereits 1994 den allstromsensitiven Fehlerstrom-Schutzschalter Typ B - auch für glatte Gleichfehlerströme - ein. Seitdem kann die geforderte Fehlerstrom-Schutzschalttechnik in vielen Anwendungen, bei denen glatte Gleichfehlerströme auftreten, angewendet werden. Da allstromsensitive Fehlerstrom-Schutzschutzschalter für vielfältigste Anwendungen verwendet werden, sind diese grundsätzlich auch für den Einsatz unter erschwerten Umgebungsbedingungen wie unsere SIGRES-Version ausgelegt. 19

22 Bei elektronischen Betriebsmitteln können, wie zum Beispiel auf der Abgangsseite eines Frequenzumrichters, neben den beschriebenen Fehlerstromformen auch Wechselfehlerströme unterschiedlichster Frequenzen entstehen. FI-Schutzschalter des Typs A sind dafür nicht ausgelegt. Die Fehlerstrom-Schutzschalter des Typs B, die für den Einsatz im Drehstromsystem vorgesehen sind (nicht im Gleichspannungsnetz), sind deshalb in der E DIN VDE (für FI-Schutzschalter) und E DIN VDE (für FI/LS-Schalter) für erweiterte Auslösebedingungen bis 2 khz definiert. Die Auslösekennlinien der SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzschalter Typ B mit Bemessungsdifferenzströmen 30 ma und 300 ma sind in Bild 11 dargestellt. Der Auslösewert der Schutzschalter liegt immer innerhalb der Grenzwerte der Gerätevorschrift und für den Bemessungsdifferenzstrom 30 ma auch deutlich unterhalb der Grenzkurve für das gefährliche Herzkammerflimmern (nach IEC ). Frequenzgang der SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzeinrichtungen Typ B Bild 11: Auslösestrom Typ B in Abhängigkeit von der Frequenz Hinweis: Die dargestellten Kurven stellen typische Verläufe dar. Abweichungen bis zu den normativen Grenzwerten sind möglich. Für den Schutz gegen elektrisch gezündete Brände in Folge von Erdfehlerströmen haben sich Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen mit einem Bemessungsdifferenzstrom von maximal 300 ma bewährt. Dies leitet sich aus der Annahme ab, dass für die Entstehung eines Brandes ca. 70 W ausreichen können. Die Auslösewerte der SIQUEN- CE allstromsensitiven FI-Schutzschalter Typ B steigen bei höheren Frequenzen an. Da aber neben hoch- auch niederfrequente Anteile im Fehlerstrom enthalten sind, kann ein wirksamer Beitrag zum Brandschutz bei Erdfehlerströmen auch bei einer mit der Frequenz ansteigenden Auslösekennlinie erzielt werden. Der positive Effekt des ansteigenden Auslösestromes ist eine höhere Betriebssicherheit der Anlage, da betriebsmäßig vorhandene Ableitströme über Kondensatoren in geringerem Maß zu ungewollten Auslösungen des FI-Schutzschalters führen. Die Auslegung des Frequenzganges der SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzschalter Typ B trägt diesen Randbedingungen Rechnung und stellt einen guten Kompromiss zwischen Brandschutz und Betriebssicherheit dar. Da betriebsmäßig vorhandene kapazitive Ableitströme in ihrem Einfluss auf die FI-Auslösung deutlich begrenzt werden, erweitern sich die Einsatzmöglichkeiten. Wird entsprechend DIN VDE Brandschutz bei besonderen Risiken oder Gefahren in Verbindung mit DIN VDE der Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit Bemessungsdifferenzströmen von maximal 300 ma gefordert empfiehlt sich die Verwendung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen Typ B+. Diese erfüllen alle Anforderungen des bekannten Typs B, bleiben aber entsprechend der Produktnormen DIN V VDE V (FI-Schutzschalter) und DIN V VDE V (FI/LS-Schalter), sowie der VdS-Richtlinie 3501, bis 20 khz unterhalb eines Auslösewertes von 420 ma und bieten damit einen vorbeugenden gehobenen Brandschutz. 20

23 Frequenzgang der SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzeinrichtungen Typ B+ Bild 12: Auslösestrom Typ B+ in Abhängigkeit von der Frequenz Hinweis: Die dargestellten Kurven stellen typische Verläufe dar. Abweichungen bis zu den normativen Grenzwerten sind möglich. Beim Einschalten von Kondensatoren, die gegen den Schutzleiter PE geschaltet sind (z.b. bei EMV-Filtern in Verbindung mit Frequenzumrichtern), können kurzzeitig hohe Ableitströme auftreten. Um für diese Fälle einen störungsfreien Betrieb sicherzustellen, sind die SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzschalter Typ B und Typ B+ grundsätzlich als superresistent ausgeführt und in der Auslösung kurzzeitverzögert (Typ K ). Um die Abschaltbedingungen für den Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) mit dem SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzschalter zu erfüllen, ist dessen Auslöseverhalten bei unterschiedlichen Frequenzen und die in dem Anwendungsfall auftretenden Frequenzspektren am Fehlerort zu berücksichtigen. Unter der Annahme von ungünstigen Bedingungen (hohe Taktfrequenz eines Frequenzumrichters), werden nachstehende maximal zulässige Erdungswiderstände empfohlen. Bemessungsdifferenzstrom Maximal zulässiger Erdungswiderstand bei Berührungsspannung 50 V 25 V 30 ma 160 Ω 80 Ω 300 ma 16 Ω 1) 8 Ω 1) 500 ma 10 Ω 5 Ω 1) Für Typ B+ darf der Wert bis zu 120 Ω bei 50 V und 60 Ω bei 25 V betragen Tabelle 2: Empfohlene maximale Erdungswiderstände für SIQUENCE allstromsensitive FI-Schutzeinrichtungen Typ B und Typ B+ 21

24 SIQUENCE allstromsensitive FI/LS-Schalter Typ B und Typ B+ khz Das Erfassungsprinzip der SIQUENCE allstromsensitiven FI/LS-Schalter Typ B ist identisch mit dem der SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzschalter und arbeitet entsprechend der in Deutschland gültigen Vorschrift VDE (Typ B) bzw. DIN V VDE V (Typ B+) bezüglich der Anforderungen für Typ A netzspannungsunabhängig. Bezüglich des Verhaltens bei Fehlerströmen und der Schutzfunktionen gelten die Aussagen und Angaben genauso wie für die SIQUENCE allstromsensitiven FI-Schutzschalter Typ B bzw. Typ B+. FI/LS-Schalter vereinigen in einer Baueinheit die Schutzfunktionen des Personen- und Brandschutzes zusätzlich mit dem Leitungsschutz. Durch den integrierten Überstromschutz ist der thermische Geräteeigenschutz ohne weitere Abstimmung mit vorund nachgeschalteten Überlastschutzeinrichtungen automatisch gegeben. Die direkte Zuordnung eines SIQUEN- CE allstromsensitiven FI/LS-Schalters Typ B zu einem Stromkreis bietet gegenüber der Installationspraxis mit einem FI-Schutzschalter und mehreren LS-Schaltern im Abgang, insbesondere folgende Vorteile: In jedem Abzweig kann der maximal mögliche Ableitstrom (0,3 * I Δn ) genutzt werden. Wie bei Überstrom wird auch bei Abschaltung durch Fehlerstrom nur der betroffene Zweig von Spannung getrennt. Hohe Anlagenverfügbarkeit, da der fehlerfreie Teil der Anlage versorgt bleibt. FI-Blöcke für den Anbau an Leitungsschutzschalter FI-Blöcke (RC units) sind zum Anbau an Leitungsschutzschalter nach DIN EN (VDE ): , Anhang G geeignet. Diese FI-Blöcke können vom Kunden mit einem dafür vorgesehenen Leitungsschutzschalter zusammengebaut werden und bilden danach die gleiche Funktionalität wie die fabrikfertigen FI/LS-Schalter (RCBOs). Aus dem vorhandenen Produktspektrum der FI-Blöcke und LS-Schalter lässt sich eine große Anzahl unterschiedlichster Kombinationen bilden, ohne dass ein großes Spektrum lagermäßig gehalten werden muss. Dies bietet wichtige Vorteile: Hohe Flexibilität in der Anwendung Kundenseitige Kombination der Geräteeigenschaften aus FI-Block (Bemessungsdifferenzstrom, unverzögert oder selektiv) und LS-Ausführung (Bemessungsstrom, Charakteristik, Schaltvermögen) Gerätekombination bietet alle Vorteile eines FI/LS-Schalters bezüglich Personen-, Brand- und Leitungsschutz SIGRES-FI-Schutzschalter (für erschwerte Umgebungsbedingungen) Beim Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen in erschwerten Umgebungen mit erhöhter Schadgasbeanspruchung, wie z. B. Hallenbädern (Chlorgas; Ozon), Landwirtschaft (Ammoniak), Industrie (Schwefeldioxid) werden die Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen deutlich höher beansprucht. Auf alle Metallteile, und damit auch auf die Metallflächen des Haltemagnet-Auslösers, wirken diese Gase in Verbindung mit Luftfeuchte korrosiv. Mit den SIGRES-Fehlerstrom-Schutzschaltern, steht für derartige Anwendungen ein Gerät zur Verfügung, das durch patentierten aktiven Kondensationsschutz eine erheblich verlängerte Lebensdauer aufweist. Dabei wird durch eine direkte Beheizung des Haltemagnet-Auslösers mit minimaler Leistung eine geringfügig erhöhte Temperatur an den Metallteilen erzielt. Da hierdurch die Kondensation der mit Schadgasen angereicherten feuch- 22

25 ten Luft vermieden wird, können auch die korrosiven Auswirkungen nicht entstehen. Dies führt zu einer erhöhten Lebensdauer der Geräte. Für die Beheizung wird eine Spannungsversorgung benötigt. Wird der FI-Schutzschalter auch in ausgeschaltetem Zustand längere Zeit eingesetzt, so ist die Einspeiserichtung (von unten) zu beachten. Damit wird sichergestellt, dass auch hierbei die Beheizung erfolgen kann. Die Schutzfunktion des FI- Schutzschalters ist dabei weiterhin entsprechend der Produktnorm absolut netzspannungsunabhängig. Typ K, superresistent Betriebsmäßige Ableitströme und Fehlerströme können nicht unterschieden werden. Die Reaktion ist auf beide gleich. Bei einem kurzzeitigen hohen Ableitstrom ist keine Abschaltung des Verbrauchers notwendig und gewünscht. Bei Verwendung von elektronischen Betriebsmitteln, die zur Entstörung häufig einen gegen den Schutzleiter geschalteten Kondensator nutzen, kann es beim Einschalten zu ungewünschten Auslösungen des FI- Schutzschalters kommen. Zur Vermeidung dieser Abschaltungen empfiehlt sich der Einsatz von superresistenten Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen. Sie sind dazu in ihrem Abschaltverhalten kurzzeitverzögert und als Typ K gekennzeichnet. Die Produktnorm DIN EN (FI-Schutzschalter) und DIN EN (FI/LS-Schalter) kennen nur zwei Ausführungen: Bild 13: Abschaltzeit t A in Abhängigkeit des Auslösestromes I Δ Standard Selektiv Für diese Ausführungen sind die Grenzwerte für die Abschaltzeiten definiert. Im Sinne der Norm handelt es sich bei den superresistenten FI-Schutzeinrichtungen um unverzögerte Ausführungen. Bild 13 zeigt die Auslösebereiche der unterschiedlichen Ausführungen von FI-Schutzeinrichtungen. Es ist deutlich sichtbar, dass die Auslösebereiche der Standardausführung und der superresistenten Ausführung bezüglich Maximalwert identisch sind, nur der Minimalwert ist beim Typ K angehoben. Zu diesen beiden Ausführungen verhält sich der Typ S selektiv. Die superresistenten FI-Schutzeinrichtungen Typ K nutzen den maximal zulässigen Auslösebereich der Norm aus. Sie besitzen eine minimale Zeitverzögerung von ca. 10 ms. Das heißt, kurzzeitige Ableitströme und hohe Stoßströme (8/20 μs) werden für diesen Zeitraum ignoriert. Erst wenn ein Fehlerstrom länger als die Verzögerungszeit fließt wird die Abschaltung eingeleitet. Die Schutzwirkung gegen elektrischen Schlag wird durch diese FI-Schutzeinrichtung erreicht. Die Geräte dürfen uneingeschränkt für alle in den Errichtungsbestimmungen geforderten Schutzmaßnahmen mit Abschaltung eingesetzt werden. Die Anlage bleibt von unerwünschten Abschaltungen verschont - die Anlagenverfügbarkeit wird deutlich erhöht. 23

26 Typ S, selektiv Um bei der Reihenschaltung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen im Fehlerfall eine selektive Abschaltung zu erreichen, müssen die Geräte sowohl im Bemessungsdifferenzstrom I Δn als auch in der Auslösezeit gestaffelt sein. Die unterschiedlichen zulässigen Ausschaltzeiten der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen können dem Bild 14 entnommen werden. Auch die geeignete Staffelung bezüglich der Bemessungsdifferenzströme ist aus Bild 14 ersichtlich. Selektive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen des Typs S weisen außerdem eine sehr hohe Stoßstromfestigkeit von 5 ka (8/20 μs Stromform) auf. Sie sind mit dem Symbol S gekennzeichnet. Hauptverteiler Unterverteiler selektive Ausführung unverzögert oder superresistentk Vorgeschalteter Nachgeschalteter FI-Schutzschalter FI-Schutzschalter oder unverzögerte superresistente für selektives Abschalten S Ausführung Ausführung K Abschaltzeit bei Abschaltzeit bei Abschaltzeit bei I Δn 5 x I Δn I Δn 5 x I Δn 5 x I Δn 100 ma ms 10 ma oder 30 ma <= 40 ms ms 300 ma 10 ma, 30 ma oder 100 ma 500 ma 10 ma, 30 ma, 100 ma 1000 ma 300mA Bild 14: Anordnung unterschiedlicher Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen und deren Auslösezeiten Ausführungen für 50 bis 400 Hz Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen sind aufgrund ihres Funktionsprinzips in ihrer Standardausführung auf den maximalen Wirkungsgrad im 50/60-Hz-Netz ausgelegt. Auch die Gerätebestimmungen und Auslösebedingungen beziehen sich auf diese Frequenz. Mit steigender Frequenz nimmt die Empfindlichkeit üblicherweise ab. Um für Anwendungsfälle in Netzen bis 400 Hz (z. B. Industrie) einen wirksamen Fehlerstromschutz realisieren zu können, sind entsprechend geeignete Geräte zu verwenden. Derartige Fehlerstrom-Schutzschalter erfüllen bis zur angegebenen Frequenz die Auslösebedingungen und bieten entsprechenden Schutz. 24

27 Ausführungen für 500 V Betriebsspannung Die Standardausführungen der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen sind mit ihren Kriech- und Luftstrecken für Netze bis 240/415 V Wechselspannung ausgelegt. Für Netze bis 500 V sind geeignete Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen lieferbar. Fehlerstrom-Schutzschalter mit N-Anschluss linksseitig Da der Fehlerstrom-Schutzschalter vor allem in Deutschland üblicherweise links von den Leitungsschutzschaltern angeordnet wird, er den N-Leiteranschluss aber rechts hat, wird der durchgängige Sammelschienenanschluss gestört. Fehlerstrom-Schutzschalter in Verbindung mit Leitungsschutzschaltern erfordern deshalb eine spezielle Sammelschiene. Um jederzeit auf eine Standardsammelschiene zurückgreifen zu können, werden vierpolige Fehlerstrom- Schutzschalter auch mit N-Anschluss links angeboten. Die Installationsgewohnheit mit Fehlerstrom-Schutzschalter links vom Leitungsschutzschalter und der Verwendung von standardmäßigen Sammelschienenverbindungen kann damit beibehalten werden. Zusatzkomponenten für Fehlerstrom-Schutzschalter Fernantrieb (RC) Favorisierte Einsatzfälle für Fernantriebe sind räumlich ausgedehnte oder nicht ständig besetzte Betriebsstätten, wie z. B. Kläranlagen oder Funkstationen sowie automatisierte Anlagen für das Energie- und Betriebsmanagement. Der Einsatz des Fernantriebs erlaubt dem Anwender einen direkten und unmittelbaren Zugriff auf die Anlage auch an entlegenen oder schwer zugänglichen Orten. Insbesondere die schnelle Wiedereinschaltung nach einem Fehlerfall bietet erhebliche Zeit- und Kosteneinsparung. Die Bedienung des Fernantriebs erfolgt durch einen mechanischen Funktionswahlschalter. In der Stellung OFF ist der Fernantrieb abgeschaltet und kann ebenfalls abgeschlossen werden. RC OFF verhindert die Fernschaltung und erlaubt lediglich die Handbetätigung des FI-Schutzschalters. Somit kann z. B. bei Serviceeinsätzen ein unerlaubtes Schalten aus der Ferne ausgeschlossen werden. In der Stellung RC ON ist sowohl Fern EIN - und Fern AUS -Schalten als auch die Bedienung vor Ort möglich. Im Falle einer Fehlerauslösung nehmen die verbundenen Griffe des FI-Schutzschalters und des Fernantriebs die Stellung AUS ein. Das Wiedereinschalten des Schalters darf erst nach Ausschluss einer Gefährdung erfolgen. Dazu muss der Bediener nach der Abschaltung zusätzlich mit einem RESET (AUS-Befehl) für den Fernantrieb quittieren. Bild 15: Fernantrieb mit FI-Schutzschalter 25

28 Hilfsschalter Hilfsstromschalter sind üblicherweise nachträglich vom Kunden an den Fehlerstrom-Schutzschalter anbaubar. Sie dienen dazu, den Schaltzustand des Schutzschalters zu melden. Hierfür gibt es unterschiedliche Versionen (1 Schließer/1 Öffner; 2 Öffner; 2 Schließer). Installations-und Anwendungshinweise Allgemeine Hinweise Auswahl von Schutzeinrichtungen Bei der Schutzmaßnahme Automatische Abschaltung der Stromversorgung nach DIN VDE sind für den Fehlerschutz bei der Auswahl der geeigneten Schutzeinrichtung abhängig vom Netzsystem die Abschaltbedingungen zu beachten. Tabelle 3 stellt die entsprechenden Kenngrößen für die Abschaltbedingungen zusammen. Kenngrößen Werte im TN-System Werte im TT-System Impedanz der einige 10 mω bis etwa 2 Ω bis 100 Ω Fehlerschleife Z S (Messwerte) Fehlerstrom I F = 230V etwa 115 A bis zu einigen 1000 A mindestens 2,3 A Z S maximal zulässige Abschaltzeit t a nach 0,4 s 0,2 s Tabelle 41.1 in DIN VDE ) Berührungsspannung U T 80 V bis 115 V 160 V bis 230 V (Erfahrungswerte) Berührungsstrom I T = U T 80 ma bis 115 ma 160 ma bis 230 ma 1000 Ω Körperimpedanz bei Hand - Fuß Durchströmung (Richtwert) 1) Für Endstromkreise mit einem Nennstrom nicht größer als 32 A im 230/400V-Netz (50Hz) Tabelle 3: Kenngrößen für die Abschaltbedingungen im TN-System und im TT-System mit Nennspannungen 230/400V a.c. Tabelle 3 zeigt den deutlichen Unterschied bezüglich Berührungsspannungen und daraus resultierenden Berührungsströmen im TN- und TT-System. Daraus lässt sich erklären, dass die maximal zulässigen Abschaltzeiten im TT-System kürzer als im TN-System sein müssen, um denselben Schutz zu bieten. Auf Basis dieser Kenntnisse sind die geeigneten Schutzeinrichtungen auszuwählen. Tabelle 4 gibt hier eine Übersicht. 26